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太空課堂:現場展示失重環境物理現象

新聞中心-中國網 news.china.com.cn  時間: 2013-06-20  發表評論>>

史藝:嗯,考驗同學們的時候到了,我們請第二排的這位女同學説説。

同學:我們在生活中可以用天平測量物體的品質,我在生活中用天平測量過鹽的品質。

同學:在家時我用電子稱測量自己的體重,如果要測大物體的時候可以用曹充稱象這種辦法測量物體的品質。

史藝:好。第三排這位女生。

同學:我想我們還可以利用動量守恒、利用碰撞讓待測物與已知物品質來測出物體的品質。

史藝:還有沒有同學有其他的辦法呢?

同學:亞平老師您好,我想到三種辦法測量物體的品質,首先就是在中藥房可以用桿秤來測量藥材的品質,當我們去買菜、買水果的時候我們也可以使用托盤稱測量蔬菜水果的品質;第三種就是當我們進入物理實驗室進行物理實驗的時候可以使用彈簧秤測力劑來測出物體的品質。

史藝:好,方法真不少。亞平老師。

王亞平:同學們回答的都非常好,那麼,這些在地面上測品質的方法,在太空中還好用嗎?同學們看,這是兩個完全一樣的彈簧。彈簧的底端分別固定了兩個品質不同的物體。如果在地面,由於這兩個物體品質的不同,所以,這兩根彈簧的伸長量肯定是不同的。但是現在,兩個彈簧卻停留在了同一位置,無法顯示出兩個物體品質的差別。

王亞平:那麼,在太空中我們航太員想要知道自己是胖了還是瘦了,該怎麼辦呢?不用擔心,我們有專門測品質的裝置——“品質測量儀”。同學們看,這就是我們的品質測量儀,這是一個人體支架,這是一個腹撐,用來固定待測航太員用。下面呢,就由我和指令長來給大家演示一下測品質的過程。同學們可以先目測一下我們指令長的品質有多少呢?好,現在我們開始演示,首先讓指令長固定在品質測量儀上,然後我把連接運動機構的鋼絲繩拉到指定位置,準備開始,拉力使他回到了初始位置,這樣就測出了他的品質。好,讓我們的攝像師來個特寫,我們來看看我們指令長的品質是多少呢?嗯,74千克。同學們,你們猜對了嗎?

王亞平:同學們,你們想想看,我們這臺品質測量儀用的是什麼物理原理呢?其實就是我們學過的牛頓第二定律。我們知道:“物體受到的力等於它的品質乘以加速度”。那如果我們想辦法測出力和加速度,就可以算出品質了。因此,我們設計了一個“彈簧—凸輪”機構,能夠産生一個恒定的力,就是剛才把指令長拉回到初始位置的力。我們還設計了一個光柵測速系統,能夠測出剛才身體運動的加速度。然後根據牛頓第二定律,就可以算出身體的品質了。怎麼樣,很巧妙吧!

王亞平:接下來我想再問同學們一個問題,在太空中除了可以用這種裝置測品質外,還能有什麼辦法能夠測品質呢?同學們注意看我的操作,來小小地啟發大家一下!這是我剛才展示的彈簧。現在,我把兩個彈簧拉到同一位置,松手,同學們你們看到了吧?兩個物體的振動頻率明顯不一樣。這一現象與地面上是完全一樣的。那同學們想想看,我們可不可以利用這一現象來設計出一種測品質的方法呢?這個問題就留給你們來慢慢思考吧。

王亞平:好,開始我們的下一個演示。同學們看,這是一個支架,這根細繩將小球連接在了支架上,形成了一個我們地面上常見的單擺。現在,我把它固定到我們的展示平臺上。現在我把小球放到這個位置,同學們想一下,如果此時我松手,小球會出現什麼樣的現象呢?噢,它並沒有像在地面上一樣做往復擺動,那我們把它提高一點,放到這兒,再松手,嗯,它還是沒有做往復擺動,這是為什麼呢?因為在太空中小球處於失重狀態,沒有了回復力,所以不能像在地面上一樣作往復擺動。

王亞平:那如果我們推小球一下,小球又會如何運動呢?同學們你們看到了嗎?非常的神奇,現在小球竟然在做圓周運動。好,我們換個方向再來給大家演示一下。哎,它仍然在做圓周運動,這是因為在太空中,小球處於失重狀態,即使我們給小球一個很小的初速度,它也能繞擺軸作圓周運動;但是在地面上卻需要一個足夠大的初速度才能夠實現。

王亞平:同學們你們可以對比一下地面的單擺運動,它們不一樣吧?好,在開始我們的下一個的演示之前,同學們,你們有什麼問題嗎?

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文章來源: 中國網 責任編輯: 苧梓
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